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為何米波雷達用於反隱身很困難?主要面臨四大技術障礙

雷達探測飛機的原理歸根結底是發射電磁能量,根據反射回來的電磁能量的方向和大小、特徵檢測空中目標所在的角度、距離和類型,而隱身飛機的設計原理是極力的減少這種能量反射,採取的方法一般是飛機外形修飾和蒙皮材料的雷達波吸收。同時,雷達波在照射空中目標時因為遇到的目標不止一個,往往會帶有非選定目標反射回來的較大的雜波信號能量,雜波信號能量和目標信號能量必須維持在於一個合理的信噪比才能檢測到目標。

以上兩條原理下,反隱身雷達走向了兩條不同的路線,第一是極力從小信號里提取有價值信息,這條技術路線的結果就是L、S和X波段的大功率有源相控陣雷達。第二條道路是極力提高回波能量信號中的信噪比,這條技術路線就是改進米波雷達。相對於傳統L、S、X波段雷達來說,在發射功率一定的情況下,隱身飛機返回的信號能力本身就很小,想從小信號里檢測出真實目標信號必須提高雷達接收機的靈敏度,這樣會導致更多的雜波信號干擾,降低檢測概率。

我國科學家注意到,米波雷達因發射電磁信號波長長,可與隱身飛機形成共振,因此反射回來真實目標信號的能量總量是極多的,只是因為米波波段雷達比較容易受到外界干擾,真實信號能量淹沒在了干擾信號里,才導致一直以來米波雷達比較難以登上檯面。相對於傳統L、S、X波段的幾乎沒有目標反射信號,這種有大量目標反射信號的雷達只是信噪比較低下的情況更好處理一些。由此,中國電科集團開始選擇第二條技術路線走向了米波反隱身雷達研製的技術路線。而YLC-8B雷達正是這種技術路線的典型產品。

電磁波共振現象是指當物體的尺寸與電磁波本身的頻率接近時,電磁波就會與其發生共振導致目標的雷達發射截面積增加約100~1000倍,這樣的增加幅度基本上抵消了隱身飛機的雖有隱身設計帶來的效果,讓隱身飛機理論上可以在300千米左右就被檢測出來。但該米波雷達一直以來存在的幾個嚴重問題導致其並不能如願實現反隱身的效果。

一是米波雷達難以實現目標的跟蹤和識別。目標的發現和搜索很容易,只要雷達屏幕上出現點狀回波信號即可,但跟蹤則比較困難,需要形成一系列連續的點狀目標。一個點狀目標的形成需要雷達反射波積累足夠的能量才能構成條件,而米波雷達由於波長長,信噪比低,對比傳統的L、S波段雷達需要更長時間更多波形積累才能出現一個點跡信號。

此外,由於米波雷達波長長,難以對目標的設計細節進行掃描,極易受到外界環境的干擾,因此每次返回的目標信號特徵變化就都較大,難以確認目標類型,無法形成識別,就好比人眼看一個馬賽克圖片一樣。這兩個因素導致了當需要實現目標跟蹤時,飛行目標會在雷達顯示屏上會比較緩慢且不定時的跳躍式的出現一系列點跡信號,這些點跡信號人尚且不敢確定是否屬同一目標,計算機則更無法識別,往往會當做雜波信號處理掉。

二是雷達的探測威力區不連續。傳統米波雷達的天線較大,其波束垂直寬度也較大,回波信號返回後難以確定目標所在的真實高度。特別是雷達波在進行垂直方向的掃描時,難以避免的會出現照射地面的現象,這些信號會被地面反射到天空再照射到目標上,這種現象叫做多徑反射。

雷達接收機會同時接收多徑反射信號和真實反射信號,這兩種信號特徵完全一致,往往從一個方向進入雷達接收機,根本無法區別。而受限於米波雷達頻段較窄的現狀,無法使用加寬頻段的方法提高解析度。多徑信號的直接影響就是造成雷達波束上翹,出現低空盲區,而在高空則波瓣分裂出現凹口,每隔一段高度層就出現一個雷達盲區。

三是米波雷達無法測高。測高問題一直是困擾米波雷達的主要問題,這也是由多徑信號現象引起的,此外,波瓣分裂會導致雷達回波信號在垂直方向上出現電平信號減少、閃爍和信噪比波動大的問題,難以通過比相、比幅等方法實現測高。而低空突防戰術是目前航空兵突防的主要戰術,在雷達探測的300千米範圍內已經普遍進入了突防階段,因此米波雷達漏空情現象會極為嚴重。

此外,即使目標在高空被探測到,由於傳統米波雷達無法測高,解析度也較差,引導飛機攔截作戰的效率就很差。前線飛行員自己的X波段雷達無法探測到目標,只能聽後方引導員告訴的大概位置進行搜索,雙方溝通協調往往難以達成很好的效果。

四是抗干擾能力差。傳統米波雷達所在的波段存在大量的民用和通信電磁信號,互相干擾非常嚴重,可以說傳統雷達的干擾和信噪比主要取決於內部雜訊,而米波雷達的干擾則主要取決於外部。為了解決這幾個問題,中國電科集團的吳劍旗教授做了大量努力,最終提出了一種先進米波雷達的設計概念,對傳統米波雷達的弱點實施了改進,並在外場試驗中獲得了重大進展。

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